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MARIA CECÍLIA DE SOUZA E SOUZA
AVALIAÇÃO DE PROTÓTIPO PARA FILTRAÇÃO DE ÁGUA
DE CHUVA COM USO DE GEOTEXTIL COMO ELEMENTO
FILTRANTE
NATAL-RN
2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Maria Cecilia de Souza e Souza
Avaliação de protótipo para filtração de água de chuva com uso de geotêxtil como elemento
filtrante
Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade
Artigo Científico, submetido ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do Título de Bacharel em
Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de
França
Coorientador: Profª. MSc. Izabelly Bezerra Braga
Gomes de Medeiros
Natal-RN
2016
Catalogação da Publicação na Fonte
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Sistema de Bibliotecas
Biblioteca Central Zila Mamede / Setor de Informação e Referência
Souza, Maria Cecilia de Souza e.
Avaliação de protótipo para filtração de água de chuva com uso de
geotêxtil como elemento filtrante / Maria Cecilia de Souza e Souza. -
2016.
16 f. : il.
Artigo científico (Graduação) - Universidade Federal do Rio
Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia
Civil. Natal, RN, 2016.
Orientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França.
Coorientadora: Prof. MSc. Isabelly Bezerra Braga Gomes de
Medeiros.
1. Água de chuva – Captação - TCC. 2. Geossintéticos – TCC. 3.
Geotêxtil - TCC. I. França, Fagner Alexandre Nunes de. II. Medeiros,
Isabelly Bezerra Braga Gomes de. III. Título.
RN/UF/BCZM CDU 628.1.037
Maria Cecilia de Souza e Souza
Avaliação de protótipo para filtração de água de chuva com uso de geotêxtil como elemento
filtrante
Trabalho de conclusão de curso na modalidade
Artigo Científico, submetido ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do título de Bacharel em
Engenharia Civil.
Aprovado em 22 de novembro de 2016:
___________________________________________________
Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França – Orientador
___________________________________________________
Profª. MSc. Izabelly Bezerra Braga Gomes de Medeiros – Coorientador
___________________________________________________
Profª. MSc. Micheline Damião Dias Moreira – Examinador interno
___________________________________________________
Profª. MSc. Maria Cleide Ribeiro de Oliveira – Examinador externo
Natal-RN
2016
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais agradeço o incentivo, a paciência e o apoio financeiro. Papai e mamãe
sou imensamente grata por tê-los junto a mim, por ter suportado minhas ausências, meu
cansaço, meu choro nos momentos mais difíceis. A vocês meu amor, meu coração.
À minha família muito obrigada pela torcida e apoio em meio a distância, perdas
e dores desse ano. A meu tio Manoel Estevam (in memoriam) obrigada por sua alegria e carinho,
saudades eternas.
Aos meus amigos de vida e fé, agradeço a confiança, a presença, a lembrança, os ombros
e os ouvidos que, tantas vezes, me acolheram. Obrigada por suportar minhas ausências, meus
desabafos e meu silêncio. A vocês todo meu respeito, consideração e fidelidade.
Aos meus colegas de graduação, em meio aos desafios e dificuldades da vida acadêmica,
muito obrigada pelo auxílio e convivência durante esse tempo. Agradeço de forma especial a
Marcus Melo e Ewerton Alves pelo apoio fundamental na realização desse TCC.
Ao professor Paulo Alysson, ao técnico Sandro Ricardo e ao bolsista Josian Ferreira
minha gratidão por ceder as instalações do Laboratório de Materiais de Construção e pela inteira
disponibilidade no que foi preciso.
Por fim, aos meus orientadores, professor Fagner Alexandre e professora Isabelly
Bezerra pela confiança depositada em mim. Agradeço imensamente pelas orientações, pela
atenção no acompanhamento do trabalho, pelas palavras de incentivo e confiança que me
confortaram e me impulsionaram diante das dificuldades.
A Deus que, por misericórdia, tudo providenciou para viabilização dessa pesquisa e,
principalmente, me sustentou até aqui.
Maria Cecilia de Souza e Souza
RESUMO
AVALIAÇÃO DE PROTÓTIPO PARA FILTRAÇÃO DE ÁGUA DE CHUVA COM
USO DE GEOTEXTIL COMO ELEMENTO FILTRANTE
Autor: Maria Cecilia de Souza e Souza
Orientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França
Coorientador: Profª. MSc. Izabelly Bezerra Braga Gomes de Medeiros
Departamento de Engenharia Civil - UFRN
Natal, novembro de 2016
No Brasil, a região do semiárido nordestino é conhecida pela escassez de água, em
decorrência de longos períodos de estiagem. Devido à seca nessa região, tornam-se
imprescindíveis a busca de soluções alternativas para captação e armazenamento de recursos
hídricos. A construção de cisternas para o armazenamento de água de chuva tem se mostrado
eficiente no combate à escassez de água. Nesse contexto, o presente trabalho propõe a avaliação
de um protótipo para filtração de água de chuva com uso de geotêxtil como elemento filtrante,
com a finalidade de garantir a qualidade da água de chuva coletada e armazenada em cisternas.
A pesquisa foi desenvolvida construindo inicialmente um filtro composto de brita, areia e
geotêxtil como materiais filtrantes e também um filtro com apenas geotêxtil como elemento
filtrante. Durante os testes observou-se que filtros de areia apresentaram elevadas perdas de
carga, o volume de chuva extravasado seria muito maior que o volume de água filtrada e
armazenada, não sendo a melhor alternativa para a configuração em estudo. Quanto ao filtro de
geotêxtil, percebeu-se um leve aumento na turbidez (12,3%) e no pH (3,5%) em decorrência da
filtração.
Palavras-Chave: água de chuva, geossintético, geotêxtil, filtração, cisterna.
ABSTRACT
Title: Evaluation of a prototype for rainwater filtration using geotextile as
filtering element.
Author: Maria Cecilia de Souza e Souza
Advisor: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França
Co-advisor: Profª. MSc. Izabelly Bezerra Braga Gomes de Medeiros
Department of Civil Engineering, Federal University of Rio Grande do Norte,
Brazil
Natal, november 2016
In Brazil, the northeastern semi-arid region is known by the shortage of water, in
consequence of long periods of drought. Due to the drought in this region, it has become
indispensable the search for alternative solutions for catchment and storage of water resources.
The construction of cisterns for rainwater storage has proven to be efficient in the struggle
against the water shortage. In this sphere, this work suggests the evaluation of a prototype for
rainwater filtration using geotextile as filtering element, in order to assure the quality of the
rainwater collected and stored in cisterns. The research was initially developed through the
construction of a sand filter composed by gravel, sand and geotextile as filtering materials and
also one filter using just geotextile as filtering element. Throughout the tests it was observed
that sand filters presented high load loss, the extra volume of rainwater would be much bigger
than the volume of filtered and stored water, not being the best alternative for the setup in
analysis. Regarding the geotextile filter, it was noticed a slight increase in the turbidity (12.3%)
and in pH (3.5%), due to filtering.
Key-Words: Rainwater; Geosynthetics; Geotextile; Filtering; Cistern.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 1
2. REVISÃO DE LITERATURA ................................................................................. 2
2.1 ÁGUA DE CHUVA ........................................................................................ 2
2.2 CISTERNA ..................................................................................................... 2
2.3 SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS ................................... 3
2.4 DESCARTE DOS PRIMEIROS MILIMETROS DA AGUA DE CHUVA ... 4
2.5 PROTEÇÃO SANITÁRIA ............................................................................. 4
2.6 GEOSSINTÉTICOS ....................................................................................... 5
3. MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................... 7
3.1 CÁLCULO DO VOLUME DO RESERVATÓRIO DE DESCARTE.......... 10
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................... 12
4.1 FUNCIONAMENTO DO PROTÓTIPO ...................................................... 12
5. CONCLUSÃO .......................................................................................................... 14
6. REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 15
1
1. INTRODUÇÃO
De acordo com a Organização das Nações Unidas (2015) é preciso melhorar a gestão
da água para garantir o abastecimento da população mundial. Para a Organização, uma gestão
mais sustentável deste recurso não renovável é urgente. Segundo a ONU (2015) em seu relatório
“Água para um mundo sustentável”, até 2030 o planeta enfrentará um déficit de 40% de água,
a menos que seja consideravelmente melhorada a gestão desse recurso. Ainda, segundo o
relatório, apesar do progresso considerável que tem sido realizado recentemente, 748 milhões
de pessoas ainda não têm acesso a fontes de água potável de qualidade e os mais afetados são
as pessoas de baixa renda, os desfavorecidos e as mulheres.
No Brasil, a região do semiárido nordestino é conhecida pela escassez de água, em
decorrência de longos períodos de estiagem. A pluviosidade nordestina é irregular, grande parte
da água subterrânea é salobra, em grande parte do território o solo é incompatível com a
perfuração de poços profundos e são pouquíssimos os rios perenes. Nessas circunstâncias,
tornam-se imprescindíveis a busca de soluções alternativas para captação e armazenamento de
recursos hídricos. A construção de cisternas acompanhada por um processo educativo de uso
da água armazenada tem se mostrado eficiente no combate à escassez de água. (CÁRITAS
BRASILEIRA, 2002).
Ainda segundo o Cáritas Brasileira (2002) são significativos os benefícios produzidos
pelo acesso à água de qualidade a partir das cisternas: diminuição de doenças, queda dos índices
de mortalidade infantil, diminuição da carga de trabalho das mulheres e crianças, aumento da
renda (com a disponibilidade de tempo e com a capacitação) e emancipação da dominação
política.
Nesse contexto, com intuito de garantir a qualidade da água coletada e armazenada em
cisternas, propõe-se a avaliação de um protótipo para a filtração de água de chuva. Sendo
adotado como elemento filtrante o geotêxtil, dado seu alto potencial de filtração, seu rigoroso
controle no processo de fabricação e o fácil manuseio. O geotêxtil é um tipo de geossintético,
produto industrializado, fabricado na forma de manta, em sua maioria com matéria prima de
origem sintética.
2
2. REVISÃO DE LITERATURA
Esse tópico aborda brevemente os fundamentos que embasam essa pesquisa e discorre
sobre os principais elementos que fazem parte do contexto em estudo.
2.1 ÁGUA DE CHUVA
A NBR 15527/2007 (Aproveitamento de água de chuva de coberturas em áreas urbanas para
fins não potáveis – Requisitos) define água de chuva como a água resultante de precipitações
atmosféricas coletada em coberturas, telhados, onde não haja circulação de pessoas, veículos ou
animais. Segundo Tomaz (2009) há registros do aproveitamento da água de chuva desde a
antiguidade. Tem-se como primeiro registro do uso da água de chuva uma inscrição em pedra
(Mohabita, 830aC), que foi achada na antiga região de Moab, perto de Israel. Este achado traz
determinações do rei Mesa, para a cidade de Qarhoh, dentre as quais destaca-se “...para que cada
um de vós faça uma cisterna para si mesmo, na sua casa”. Tomaz (2009) cita também o
abastecimento da Fortaleza dos Templários (1160 dC) por água de chuva, localizada na cidade de
Tomar em Portugal.
2.2 CISTERNA
Em regiões que não dispõem de fonte de água permanente, o uso da cisterna possibilita à
população obter água limpa e fácil de captar e tratar. No Brasil, a captação de água de chuva em
sistemas individuais de abastecimento é prática comum há muitos anos, principalmente em
comunidades rurais do semiárido nordestino, região que sofre com a instabilidade pluviométrica,
déficit hídrico e longos períodos de seca (média de 8 meses).
Passador e Passador (2010) analisaram a influência da utilização de cisternas nas
condições de vida de 34 famílias na região da bacia do Baixo Salitre, município de Juazeiro,
estado da Bahia. Para analisar a questão, os pesquisadores consideraram políticas públicas
criadas para o combate à seca desde o tempo do Império ao Programa 1 Milhão de Cisternas,
de 2003 e realizaram entrevistas com as 34 famílias da região. Passador e Passador (2010)
concluíram que as famílias entrevistadas que tinham cisterna situada ao lado da casa, obtiveram
como maior benefício o acesso a água de qualidade. De acordo com os pesquisadores, houve
redução significativa no caso de doenças relacionadas à água, tais como diarreias, vômitos,
cólicas etc. Houve também economia de tempo e esforço físico (antes despendidos nos
deslocamentos de casa até a fonte de água) e consequentemente maior dedicação a outras
3
atividades (como roça, pastoreio, tarefas domiciliares, etc.) que aliado a economia de recursos
financeiros gastos no pagamento de carro-pipa refletiram no aumento da renda.
Cavalcanti, Brito e Resende (2002) fizeram um levantamento no ano de 2002 com
agricultores de três comunidades rurais do município de Petrolina, no semiárido do estado do
Pernambuco, em relação à existência de cisternas para captação e armazenamento de água da
chuva nas residências dos agricultores. Os pesquisadores acompanharam 48 famílias no total e
concluíram que programas de construção de cisternas rurais contribuem, em parte, para o alívio
das populações rurais atendidas por esses programas, embora não suficientes para a grande
transformação da região, que é a convivência com a seca.
2.3 SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS
O sistema de captação de água de chuva mais comumente encontrado é composto por uma
área de captação (em geral, telhados) conectadas a calhas que, por sua vez, estão ligadas a condutores
verticais e horizontais que conduzem a água captada para os reservatórios de descarte dos primeiros
milímetros da chuva e de armazenamento da água (cisterna) como ilustrado na Figura 1.
O dimensionamento da área de captação, das calhas e condutores deve seguir as diretrizes
da NBR 10844/1989 (Instalações prediais de águas pluviais). Para o reservatório de
armazenamento (cisterna) a NBR 15527/2007 (Aproveitamento de água de chuva em áreas
urbanas para fins não potáveis) recomenda alguns métodos (Método de Rippl, Método da
simulação, Método Azevedo Neto e os Métodos práticos: alemão, inglês e australiano) que
levam em conta a demanda ou valores de precipitação, cabendo ao projetista avaliar o mais
adequado para cada situação.
Fonte: IPT apud FEAM (2016), adaptado.
Figura 1 - Sistema básico de captação de água pluvial.
4
2.4 DESCARTE DOS PRIMEIROS MILIMETROS DA AGUA DE CHUVA
Segundo o IPT (2015) a chuva forma-se quando o vapor d’água presente na atmosfera
se condensa, produzindo pequenas gotas que precipitam em direção à superfície terrestre. Em
áreas urbanas, a água precipitada entra em contato com poluentes no ar (devido a poluição
atmosférica) e nas superfícies de captação (telhados, pisos e até nas folhas das árvores). Essa
água arrasta consigo esses poluentes, promovendo a limpeza do ambiente de contato, por isso,
as primeiras águas da chuva são mais sujas. O intuito do reservatório de descarte é desviar essa
água de pior qualidade do reservatório de armazenamento.
A NBR 15527/2007 (Aproveitamento de água de chuva em áreas urbanas para fins não
potáveis) recomenda adotar 2 mm por metro quadrado nos casos em que o projetista não
disponha de informações que justifiquem a adoção de outro valor. Vale ressaltar que esse valor
de 2 mm é muito baixo dependendo da região, é válido para áreas com baixa taxa de poluição
atmosférica como áreas rurais distantes de centros urbanos e de zonas industriais, e ambientes
de natureza bem preservada.
Melo (2007) analisou a qualidade da água em três diferentes regiões da cidade de Natal,
diferenciadas pelo grau de poluição, e constatou variação percentual da qualidade da água
durante os cinco primeiros milímetros de chuva. Na região de baixo grau de poluição observou-
se a estabilização dos parâmetros analisados a partir do segundo milímetro e na região de maior
poluição a estabilização se deu a partir do quinto milímetro de precipitação.
2.5 PROTEÇÃO SANITÁRIA
Segundo Andrade Neto (2004) a contaminação da água de chuva ocorre geralmente na
superfície de captação ou quando armazenada de forma não protegida. A contaminação que pode
ocorrer na retirada de água e no manuseio para o uso, acontece com certa frequência, mas tem pouco
importância quando comparada com a contaminação da água no armazenamento.
Apesar dos riscos epidemiológicos associados às cisternas serem pequenos, recomenda-se o
máximo de esforço para minimizar a contaminação da água de cisterna usada para consumo humano.
Quanto maior o risco de contaminação, maior deve ser o rigor na proteção sanitária das cisternas, a
depender de: condição de uso, condição da superfície de captação, exposição a contaminantes,
condição epidemiológica da região, e operação e manutenção do sistema.
Andrade Neto (2004) cita como medidas de controle sanitário a inibição do contato direto
com a água na cisterna e aconselha que a retirada da água seja feita, preferencialmente, através de
5
tubulação. Sugere que sejam acoplados extravasor e ventilação para garantir a reoxigenação da água,
mas sem favorecer a entrada de insetos e de luz abundante, indica também proteger todas as saídas
com tela de náilon ou arame para evitar a entrada de insetos e pequenos animais. Sempre
impermeabilizar cisternas enterradas, caso exista o risco de infiltração de água contaminada.
2.6 GEOSSINTÉTICOS
De acordo com a Associação Brasileira de Geossintéticos - International Geosynthetics
Society (IGS Brasil), geossintéticos são produtos industrializados fabricados com matéria prima
de origem sintética ou natural (na forma de manta, tira, ou estrutura tridimensional) comumente
aplicados na engenharia civil, em obras de cunho geotécnico e ambiental. Podem exercer
variadas funções, onde se destacam como principais a separação, filtração, drenagem, reforço,
contenção de fluidos/gases, ou controle de processos erosivos, podendo ainda desempenhar
dupla função.
Os geossintéticos abrangem uma variedade de materiais poliméricos e se dividem em
tipos que se diferem pelo processo de fabricação, sendo eles: Geotêxteis, Geogrelhas,
Georredes, Geomembranas, Geocompostos, Geocompostos argilosos, Geotubos, Geocélulas e
Geoexpandido.
Geotêxteis
De acordo com Vertematti (2001) geotêxtil é um produto têxtil bidimensional
permeável, composto de fibras cortadas, filamentos contínuos, monofilamentos, laminetes ou
fios, formando estruturas tecidas, não-tecidas ou tricotadas, cujas propriedades mecânicas e
hidráulicas permitem que desempenhe várias funções numa obra geotécnica. São classificados
em dois grandes grupos, os tecidos e os não-tecidos, que diferenciam-se pelo processo de fabricação
e pelo arranjo das fibras, conforme ilustrado na Figura 2.
O não-tecido é um produto composto por fibras cortadas ou filamentos contínuos,
distribuídos aleatoriamente, os quais são interligados por processos mecânicos, térmicos ou
químicos. Enquanto o geotêxtil tecido é oriundo do entrelaçamento de fios, monofilamentos ou
laminetes (fitas), seguindo direções preferenciais denominadas trama (sentido transversal) e
urdume (sentido longitudinal).
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(a) geotêxtil tecido de monofilamentos; (b) geotêxtil tecido de monofilamentos,
calendrado; (c) geotêxtil tecido de multifilamentos; (d) geotêxtil tecido de laminetes; (e)
geotêxtil não - tecido agulhado; (f) geotêxtil não – tecido termoligado.
Quanto à composição, as fibras têxteis podem ser naturais e químicas. As fibras naturais
são, por exemplo lã, seda, algodão, linho, entre outras. Entre as fibras químicas destacam-se as
de polímeros sintéticos sendo as mais utilizadas na fabricação dos geotêxteis: poliéster (PET),
poliamida (PA), polietileno (PE), polipropileno (PP) e policloreto de vinila (PVC). Os
geotêxteis são flexíveis e permeáveis, sendo comumente usados para aplicações de separação
entre diferentes materiais, proteção de camadas de solo, filtração e drenagem da água percolada
em solo, reforço e controle de erosões, como ilustrado na Figura 3 (IGS Brasil).
Figura 2 – Arranjo das fibras de geotêxteis tecidos e não tecidos.
Fonte: Koerner, 1994.
Figura 3 – Principais aplicações dos geotêxteis.
Fonte: GOMES (2001).
7
De acordo com o IGS (2016) quando utilizado com a função de filtração, o geotêxtil
desempenha papel similar ao de um filtro de areia, permitindo a passagem da água através do solo
enquanto retém as partículas sólidas.
O principal parâmetro de caracterização mais comumente usado para os geotêxteis é a
gramatura, que expressa o peso por unidade de área, dado em g/m². Para os casos de aplicação de
filtração a permeabilidade (parâmetro que caracteriza a capacidade permitir a livre passagem da
água) e abertura de filtração (diâmetro da maior partícula que passa pelo geotêxtil) são essenciais
para escolha adequada do material.
2.6.1.2. Utilizações no tratamento de água
Nos últimos anos os geotêxteis têm se destacado nas pesquisas como elemento auxiliar no
tratamento de água, devido sua característica filtrante, sua praticidade e facilidade de manipulação e
instalação, baixo custo e rigoroso controle de qualidade no processo produtivo.
Várias pesquisas apontam para a utilização desse tipo de geossintético como complemento
de filtros convencionais de areia, no tratamento de águas para abastecimento. Mbwette e Graham
(1987), Di Bernardo (1993) e Ferraz (2001), citados por Paterniani e Conceição (2004) apontam
resultados benéficos em função do uso de mantas sintéticas não tecidas no topo da camada de
areia de filtros lentos indicando maior duração das carreiras de filtração, facilidade de limpeza
das mantas, redução da espessura da camada de areia, maior eficiência de remoção de impurezas
e uso de maiores taxas de filtração.
Schujmann (2010) estudou a viabilidade técnica de utilização de geotêxteis não tecidos
em substituição ao filtro de areia para filtração da água da chuva e sua eficiência na melhoria
da qualidade da água. Schujmann (2010) montou um filtro de areia (com 10 cm de espessura)
e submeteu a uma taxa de filtração máxima de 23 L/m².s e montou filtros de geotêxtil (com
uma, duas e três camadas de diferentes tipos de geotextil) e submeteu a colunas d’água de 10,
15 e 20 cm. O pesquisador chegou a melhores resultados de remoção de turbidez pelo filtro de
geotêxtil quando comparado com filtro de areia.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Inicialmente montou-se um pequeno filtro composto por camadas de areia, brita e
geotêxtil, conforme detalhado na Figura 4, para ser acoplado em condutores verticais de calhas
pluviais.
8
Os materiais empregados na montagem desse filtro foram areia média, peneirada com tela,
livre de materiais orgânicos (galhos, folhas e sementes); brita n°0 e geotêxtil não-tecido, 100%
poliéster de gramatura 255g/m², mostrados na figura 5. No quadro 1, tem-se as principais
especificações físicas, e hidráulicas do geotêxtil.
(a) Areia média; (b) Brita n°0; (c) Geotêxtil não-tecido, 255g/m²
Tabela 1 - Especificações geotêxtil não-tecido, 255g/m², 100% poliéster.
Fonte: O autor (2016).
Figura 4 – Representação de filtro de areia.
Fonte: O autor (2016).
Figura 5 – Materiais utilizados para montagem de filtro de areia.
(c) (b) (a)
Fonte: O autor (2016).
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Na montagem do filtro, o geotêxtil foi o primeiro material incorporado e serviu como suporte
para as camadas de areia e brita. O geotêxtil foi apenas encaixado entre a bolsa de uma conexão e o
tubo. Conforme ilustrado na Figura 6, o encaixe só foi possível com o auxílio de martelo de borracha
e uma placa (nesse caso uma placa de madeira com 1,5cm de espessura) devido a uniformização na
distribuição da tensão de impacto provocada pelo martelo. A tração gerada no geossintético foi
suficiente para suportar o peso do material granular e a passagem da água, sem que haja
escorregamento na interface da bolsa da conexão e sem rasgar o elemento.
O depósito do material granular no interior do tubo foi feito com o auxilio de uma pequena
pá e com cuidado para não compactar as camadas de areia e brita. Efetuando-se um teste, constatou-
se uma elevada perda de carga no tubo, sendo a vazão de água que saia no filtro muito menor que a
vazão de entrada, como ilustra a Figura 7.
(a) Acúmulo de água devido a elevada perda de carga em filtro de areia; (b) Vazão de saída
de filtro de areia bastante reduzida.
Figura 6 – Representação de encaixe de geotêxtil em conexão de pvc.
Fonte: O autor (2016).
Figura 7 – Perda de carga em filtro de areia.
Fonte: O autor (2016).
(a) (b)
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O filtro foi desmontado e verificou-se a colmatação do geossintético por finos que estavam
aderidos as partículas de areia e brita. O teste foi repetido para camadas de areia e brita (dessa vez
com os materiais lavados) com alturas menores: 5cm e 5cm, respectivamente; e posteriormente
usando apenas uma camada de 5cm de brita.
Observando os estudos realizados por Schujmann (2010), concebeu-se uma nova proposta
de filtro adotando somente o geotêxtil como elemento filtrante. A Figura 8 mostra o esquema do
novo filtro composto por uma bateria de três camadas de geotêxtil espaçadas entre si.
Observada a colmatação por finos do geotêxtil identificada no primeiro teste, percebeu-
se que folhas, poeira e outros materiais particulados, presentes no telhado, poderiam colmatar
o elemento, tornando o filtro inoperante. Considerando também os estudos de Melo (2007) que
comprovam a pior qualidade das primeiras águas da chuva, optou-se pela avaliação da
eficiência do filtro fazendo o descarte dessa água.
3.1 CÁLCULO DO VOLUME DO RESERVATÓRIO DE DESCARTE
Segundo Melo (2007), no entorno do campus universitário da cidade de Natal/RN, local
do estudo, há uma estabilização nos parâmetros de qualidade da água a partir do 2° milímetro
precipitado. Conhecidas as dimensões do telhado (localizado no Núcleo de Tecnologia da
UFRN) esquematizado na Figura 9 e aplicando-se a NBR 10884/1989 (Instalações prediais de
águas pluviais) tem-se o volume a ser descartado:
Figura 8 – Representação do filtro de geotêxtil.
Fonte: O autor (2016).
Figura 9 – Representação da área de captação.
Fonte: O autor (2016).
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𝐴 = (𝑎 +ℎ
2) ∙ 𝑏 = (6,70𝑚 +
0,70𝑚
2) ∙ 4,0𝑚 => 𝐴𝑐𝑎𝑝 = 28,2 𝑚²
𝑉 = 𝐴1 ∙ 2,0𝑚𝑚 => 𝑉 = 28,2𝑚2 ∙ 0,002𝑚 => 𝑉𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑡𝑒 = 0,0564𝑚3 = 56,4𝑙
A Figura 10 representa protótipo idealizado para viabilização da coleta da água de chuva
e análise do funcionamento e eficiência do filtro. O funcionamento do equipamento consiste
em primeiro coletar a água dos primeiros milímetros da chuva no reservatório de descarte.
Quando o descarte estiver complemente preenchido a água começará a acumular no condutor
vertical e entrará, primeiro, no ramal não filtrado e em seguida no ramal filtrado, extravasando
após o último ramal ser completamente cheio.
Para a construção do equipamento foram utilizados tubo e conexões de PVC, com diâmetro
de 100mm, comumente empregadas em instalações prediais de esgoto e águas pluviais; flanges
comumente empregadas em instalações prediais de água fria; um balde com 70 litros de capacidade;
tecido plástico impermeável; lixa n°100; fita adesiva reforçada; torneira plástica; fita veda rosca e
adesivo plástico para PVC.
O geotêxtil foi apenas encaixado entre a bolsa de uma conexão e o tubo, seguindo o mesmo
procedimento comentado na montagem do filtro de areia. Quando instaladas as flange e torneira no
cap, foi feito um teste rápido colocando água para detecção de vazamentos em alguma das peças e
se a torneira estava devidamente funcionando.
Figura 10 – Representação do protótipo de coleta e filtração de água de chuva.
Fonte: O autor (2016).
12
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Em relação ao primeiro filtro de areia, quando constatado no primeiro teste que a vazão de
água que saia no filtro era muito menor que a vazão de entrada, caracterizando uma perda de carga
elevada com acúmulo de água no tubo (como ilustrado na Figura 7), observou-se que o volume de
chuva extravasado seria muito maior que o volume de água filtrada e armazenada, não sendo a
melhor alternativa para a situação em estudo.
Nos demais testes, em filtro de areia com menores alturas das camadas de areia e brita (5cm
e 5cm, respectivamente; e para apenas uma camada de 5cm de brita), observou-se diminuição da
perda de carga quando comparado ao primeiro teste, porém ainda elevada. A maior perda de carga
ocorreu nos filtros com camada de areia.
O emprego do geotêxtil em uma camada e apenas por encaixe se mostrou muito eficiente
e sem riscos de rasgo ou soltura, para a espessura de 2,1 mm com tubos e conexões de 100mm
de diâmetro.
Durante a montagem do protótipo foram encontradas diferenças significativas entre as
bitolas das peças de PVC de diferentes fabricantes. Imaginava-se que por se tratar de um
produto normatizado, industrializado e consumido em larga escala, essas diferenças fossem
irrisórias, mas não é o que foi observado.
4.1 FUNCIONAMENTO DO PROTÓTIPO
Ocorrida a primeira chuva (12/10/2016), apenas o descarte foi preenchido e os ramais
tanto de água filtrada como da não filtrada estavam completamente secos. No entanto, choveu
durante todo o dia e observada a fragilidade do tampo plástico em resistir à pressão da água,
resolveu-se fazer um teste. Com uma mangueira, jogou-se água diretamente na calha, foram
constatados pequenos vazamentos no tampo plástico, entrada d’água no ramal de filtração e no
ramal não filtrado antes do descarte ser totalmente preenchido e vazamento na flange do ramal
de filtração.
Levando em conta que no teste houve entrada d’água em ambos os ramais, antes do
enchimento do descarte e que durante uma precipitação esse fenômeno pode interferir nos
resultados referentes a qualidade da água, decidiu-se retirar o reservatório de descarte. Em
relação a flange, foi verificada a vedação e a flange reapertada. Também foi coletada amostra
da água filtrada e não filtrada e analisados os parâmetros de cor aparente, turbidez,
condutividade elétrica e pH exibidos na tabela 2.
13
A cor aparente foi determinada por um gráfico cor versus absorvância, sendo a
absorvância medida no aparelho espectrômetro. A turbidez foi obtida através do turbidímetro
portátil, o pH foi medido no phmetro digital de bancada e a condutividade elétrica determinada
com o uso de um multímetro digital.
A Figura 11 mostra o protótipo montado, na situação (a) com reservatório de descarte
(e pequenos vazamentos no tampo plástico), na situação (b) o vazamento ocorrido na flange e
em (c) sem o reservatório de descarte.
(a) Cobertura do reservatório de descarte em plástico, com acúmulo d’água e pequenos
vazamentos; (b) Vazamento em flange devido a problemas na vedação; (c)
equipamento sem reservatório de descarte.
Na segunda precipitação (16/10/2016), dessa vez sem o descarte das primeiras chuvas,
ocorreu retenção no ramal não filtrado e toda água acumulada no ramal de filtração vazou pela
flange. Dado o incidente a vedação da flange foi trocada e coletada água não filtrada para análise
dos parâmetros já citados anteriormente.
A terceira precipitação (24/10/2016), apenas uma pancada de chuva, preencheu
parcialmente o ramal não filtrado, sendo assim insuficiente para acumular água no ramal
filtrado. Também foi coletada amostra da água não filtrada para análise dos parâmetros já
citados.
Na Tabela 2 encontram-se os resultados dos ensaios dos parâmetros de qualidade
realizados nas amostras coletadas.
Figura 11 – Equipamento de coleta e filtração de água de chuva.
(c) (b) (a)
Fonte: O autor (2016).
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Na coleta de teste, efetuado com água da torneira, pode-se perceber um leve aumento
na turbidez (12,3%) e no pH (3,5%) em decorrência da filtração, mas são variações pequenas e
de uma única amostra. Quando comparado as primeiras águas da chuva com a água de torneira
não-filtrada, percebe-se aumento significativo de 21,43% (chuva de 17.10) e 22,98% (chuva de
24.10) nos valores de pH, e 245,61% (chuva de 17.10) e 205,26% (chuva de 24.10) nos valores
de turbidez. O parâmetro da cor também resultou em valores maiores para chuva, que para a
água de torneira (71,83% e 100,8%).
A condutividade elétrica da água de torneira é maior 24,57% que da chuva de 17 de
outubro e 41,23% que da chuva de 24 de outubro. Essa variação da condutividade elétrica, se
deve, muito provavelmente, ao fato da água da UFRN ser uma água de poço subterrâneo,
propensa ao enriquecimento por sais por causa de seu contato direto com solo, além desse solo
estar localizado numa faixa costeira, muito próximo ao mar, que rico em sais, principalmente
de cloretos.
5. CONCLUSÃO
Essa pesquisa concebeu e construiu de um filtro simples, de fácil utilização e baixo custo
com o objetivo de garantir a qualidade da água de chuva coletada e armazenada em cisternas.
Adotando-se os materiais comuns areia, brita e incremento de geotêxtil, bem como apenas o
geotêxtil de elemento filtrante e considerando os métodos executados com seus respectivos
resultados e discussões gerados, pode-se concluir que:
É inviável a adoção de filtros de areia para pré-tratamento de água de chuva nas
condições estudas;
Os dados obtidos de qualidade da água são insuficientes para inferir o grau de eficiência
do geotêxtil na filtração da água de chuva;
Tabela 2 – Resultado dos ensaios de parâmetros de qualidade da água.
Fonte: O autor (2016).
15
A utilização de outras espessuras de geossintético, quantidade de camadas e diâmetro
de tubulação, nesses moldes deve ser estudada para cada situação;
É necessário o cuidado na aquisição dos materiais. No caso de tubos e conexões de PVC,
dá preferência para uso de um mesmo fabricante;
Não recomenda-se a utilização de conexões tipo tê, ou com angulação de 90°, como
ramificação em condutores verticais, para descarte dos primeiros milímetros de uma
precipitação.
6. REFERÊNCIAS
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BARSILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. 2004, Natal, Brasil.
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Aproveitamento de água de chuva em áreas urbanas para fins não potáveis. Rio de Janeiro,
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16
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